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기업지원성과 사례
占쏙옙占쏙옙占쏙옙 ‘에어백’ 입고 안전 장착, 산업용 웨어러블 에어백 시스템 |
占쏙옙占쏙옙占� 루프탑부터 솔라카까지 활용 가능한 고효율 고출력 태양광 모듈 제품 개발 |
占쏙옙占쏙옙占쏙옙 시편 제작과 전처리 가능한 소형 플라즈마 클리너 개발 |
기술지원기업｜㈜솔빅테크
연구책임자｜서남지역본부 광에너지융합그룹 정채환 수석연구원
태양광에너지 분야의 화두는 ‘효율’이다. 과거에는 넓은 땅에 설치하는 태양광 발전소가 주를 이루었다면, 최근에는 면적을 효율적으로 활용하는 형태가 주목을 받고 있다. 건물 옥상에 설치하는 루프탑(Roof Top), 도심형 발전을 위한 건물집적형 태양전지(Building Integrated Photovoltaic) 등이 효율적인 태양광에너지 활용의 예이다. 이 때 태양광 셀을 결합한 모듈을 사용하는데, 생기원 서남지역본부 정채환 수석연구원과 ㈜솔빅테크가 손잡고 고효율 고출력 태양광 모듈 제품을 개발해 상용화를 앞두고 있다.
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기왓장 형태로 셀을 이어붙인 슁글드 구조 모듈
태양광을 전기에너지로 변환시키는 태양광 발전은 대표적인 신에너지원이다. 태양광 발전의 핵심은 태양광 셀이다. 셀에 태양광이 닿으면 광전 효과에 의해 물리적 반응이 일어나 직류 전류를 발생시키는 원리다. 두께가 얇고 강도가 약해 파손되기 쉬운 태양광 셀을 이어 견고한 프레임으로 보호하고, 회로를 전기적으로 연결시켜 ‘모듈’ 형태로 만든다. 이 모듈이 모여 태양광 발전 설비가 되는 것이다.
일반적으로 태양광 모듈은 60개 또는 72개의 태양광 셀로 이루어져 있다. 여러 개의 모듈이 모여 강력하고 효율적인 발전을 가능케 한다. 정채환 수석연구원은 태양광 셀을 여러 조각으로 분할·접합해 슁글드(Shingled) 구조 모듈을 제작하는 기술을 개발했다. 180㎛ 두께의 셀을 손상 없이 절단하는 기술, 최대 출력이 나올 수 있도록 접합하는 기술, 셀을 잘 배치하는 기술 등 다양한 공정 요소기술들이 적용됐다. 개발된 제품의 출력은 기존 모듈 대비 15~20% 이상 높은 것으로 측정됐다.
정채환 수석연구원은 슁글드 구조 태양광 모듈의 장점을 이렇게 설명했다.
“슁글드 구조는 기왓장을 덮은 형태라는 뜻입니다. 셀을 잘라서 기왓장처럼 이어붙이는 개념입니다. 기왓장 형태로 셀을 붙이면 동일 면적에 더 많은 셀을 넣을 수 있고, 따라서 단위 면적당 더 많은 전력을 생산할 수 있습니다. 버스바* 없이 셀을 접합할 수 있다는 것도 장점입니다.”
*버스바(Busbar): 여러 개의 전원 또는 공급 회로가 접속되는 도체. 모선(母線)이라고도 한다.
▲ 슁글드 구조로 제작 중인 태양광 모듈 제품 ⓒ한국생산기술연구원
셀을 모듈로 만들 때 생기는 전력손실을 줄여라
기존 모듈은 셀과 셀을 금속 리본(Metal Ribbon)으로 연결해 제작하는 방식이었다. 이 방식은 모듈에 전류를 생성하지 않는 빈 여백이 생겨 출력 손실이 발생한다. 셀 전면의 버스바도 출력 손실을 유발한다.
슁글드 구조 모듈은 태양광 셀을 연결할 때 금속 리본을 사용하지 않고 전도성 접착물질인 ECA(Electrically Conductive Adhesives)를 사용했다. 셀 각각을 직렬로 연결해 기존 모듈 대비 전력 효율을 높일 수 있다. 또한 셀 전면의 버스바를 제거해 셀을 분리하는 공간을 없앰으로써 동일 면적에 보다 많은 셀이 들어갈 수 있도록 했다.
정 수석연구원은 이번 연구개발의 의미를 이렇게 설명했다.
“지금까지는 태양광 셀을 잘 만들어야 고출력 제품이 나온다고 생각했습니다. 하지만 셀을 모듈로 만들 때 생기는 손실이 10% 내외인 상황에서 이런 손실을 줄이는 기술도 중요합니다. 모듈 제조 분야는 미국의 특허 독점으로 기술적 접근이 어려운 상황이었습니다. 이번 연구를 통해 기존과 중복되지 않는 요소기술을 개발해 특허를 등록했고, 이를 사업화할 수 있도록 했습니다.”
슁글드 구조 태양광 모듈의 또 다른 장점은 용도에 맞게 디자인이 가능하다는 점이다. 길이를 2m까지 연장할 수 있고, 곡률반경 15% 내에서는 셀을 구부릴 수 있어 곡면에도 사용이 가능하다. 이는 기존 모듈에서는 불가능했던 일이다. 심미성이 필요한 건물 외벽이나 태양광 자동차(Solar Car) 등 다양한 분야에 활용할 수 있다.
태양광 발전의 미래기술로 국내외 시장 공략
정 수석연구원은 태양전지판을 설치해 전기에너지를 만들어 운행하는 솔라카를 미래 유망 아이템으로 보고 있다. 독일에서는 모터쇼를 통해 솔라카를 선보인 상태다. 향후 카셰어링 마켓은 솔라카 같은 자가충전 차량들이 주를 이룰 전망이다. 솔라카 외에도 수상 태양광, 영농 태양광(Smart Farm), 태양광 도로(Solar Road) 등 다양한 분야에서 슁글드 구조 모듈이 활용될 수 있다.
정 수석연구원은 3년간 진행한 ‘Shingled Array 셀 분할-접합을 통한 고출력 모듈 제조기술’ 연구를 마무리하고 ㈜솔빅테크에 기술이전을 완료했다. 지난해 12월 연구소 기업 형태로 설립된 ㈜솔빅테크는 현재 슁글드 구조 태양광 모듈 생산 설비 가동을 준비하고 있다. 김은수 대표는 태양광 모듈 수요가 확대되는 상황에서 신속한 상용화를 통해 시장을 선점한다는 계획이다.
“지금은 셀 수급이 중요한 시점입니다. 셀을 제작하는 중국 업체와 협의 중이며 지속적인 교류를 위한 업무협약을 맺은 상태입니다. 국내에서 셀을 생산하는 기업은 20개 정도지만 중국은 6천 개가 넘습니다. 중국의 셀을 공급받아 국내에서 모듈 제품을 제작한다면 미국 수출도 가능할 것으로 기대됩니다. 미국 태양광 모듈 시장은 루프탑만 연간 22조 원이 넘는 거대한 시장입니다.”